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DDS简介DDS 直接数字频率合成技术（Direct Digital Frequency Synthesis，即DDFS，一般简称DDS），是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术。目前各大芯片制造厂商都相继推出采用先进CMOS工艺生产的高性能、多功能的DDS芯片，为电路设计者提供了多种选择。然而在某些场合，专用DDS芯片在控制方式、置频速率等方面与系统的要求差距很大，这时如果用高性能的FPGA器件来设计符合自己需要的DDS电路，就是一个很好的解决方法。ACEX 1K器件是Altera公司着眼于通信、音频处理及类似场合的应用而推出的芯片系列，总的来看将会逐步取代FLEX 10K 系列，成为首选的中规模器件产品。它具有如下优点：* 高性能。ACEX 1K器件采用查找表（LUT）和EAB（嵌入式阵列块）相结合的结构，特别适用于实现复杂逻辑功能和存储器功能，例如通信中应用的DSP、多通道数据处理、数据传递和微控制等。* 高密度。典型门数为1万到10万门，有多达49，152位的RAM（每个EAB有4，096位RAM）。* 系统性能。器件内核采用2.5V电压，功耗低，能够提供高达250MHz的双向I/O功能，完全支持33MHz和66MHz的PCI局部总线标准。* 灵活的内部互联。具有快速连续式、延时可预测的快速通道互连；能提供实现快速加法器、计数器、乘法器和比较器等算术功能的专用进位链和实现高速多扇入逻辑功能的专用级联链。本次设计采用的是ACEX EP1K50，典型门数50000门，逻辑单元2880个，嵌入系统块10个，完全符合单片实现DDS电路的要求。设计工具为Altera的下一代设计工具Quartus软件。DDS的工作原理和电路结构DDS以数控振荡器的方式，产生频率、相位可控制的正弦波。电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度/相位转换电路、D/A转换器和低通滤波器（LPF）。其中：* 频率累加器对输入信号进行累加运算，产生频率控制数据或相位步进量。* 相位累加器由N位全加器和N位累加寄存器级联而成，对代表频率的2进制码进行累加运算，是典型的反馈电路，产生累加结果Y. * 幅度/相位转换电路实质是一个波形存储器，以供查表使用。读出的数据送入D/A转换器和低通滤波器。具体工作过程如下：每来一个时钟脉冲，N位加法器将频率控制数据X与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果 送至累加寄存器的输入端。累加寄存器一方面将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据X相加； 另一方面将这个值作为取样地址值送入幅度/相位转换电路（即图1中的波形存储器），幅度/相位转换电路根据这个地址值输出相应的波形数据。最后经数/模转换和低通滤波器将波形数据转换成所需要的模拟波形。相位累加器在基准时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，这样就完成了一个周期，这个周期也就是DDS合成信号的一个频率周期。DDS输出信号的频率由式(1)给定：=(X/Y) (1)例如，我们假定基准时钟为70 MHz,累加器为16位，则：Y=216= 65,536=70MHz再假定X=4096,则：=4096/65,53670=4.375MHz可见，理论上通过设定DDS相位累加器位数频率控制字X和基准时钟的值，就可以产生任一频率的输出。而DDS的频率分辨率定义为：/ Y (2)由于基准时钟一般固定，因此相位累加器的位数就决定了频率分辨率。比如上面的例子中，相位累加器为16位，那么频率分辨率就可以认为是16位。位数越多，分辨率越高。利用 FPGA（ACEX EP1K50）设计DDS在用FPGA设计DDS电路的时候，相位累加器是决定DDS性能的一个关键部分。小的累加器可以利用ACEX器件的进位链得到快速、高效的电路结构。然而由于进位链必须位于临近的LAB（逻辑阵列块）和LE（逻辑单元）内，因此长的进位链势必会减少其它逻辑使用的布线资源，同时过长的进位链也会制约整个系统速度的提高。另一种提高速度的办法就是采用流水线技术，即把在一个时钟内要完成的逻辑操作分成几步较小的操作，并插入几个时钟周期来提高系统的数据吞吐率。但是流水线技术比较适合开环结构（open-loop）的电路，要用在累加器这样的闭环反馈（close-loop feedback）的电路中必须谨慎考虑，以保证设计的准确无误。综合考虑后，这一部分决定采用进位链和流水线技术相结合的办法，这样既能保证较高的资源利用率，又能大幅提高系统的性能和速度。相位/幅度转换电路是DDS电路中另一个关键，设计中面临的主要问题就是资源的开销。电路通常采用ROM结构，相位累加器的输出是一种数字式锯齿波，通过取它的高若干位作为ROM的地址输入，而后通过查表（LUT）和运算后，ROM就输出所需波形的量化数据。ROM一般在FPGA（针对Altera公司的器件）中是由EAB实现，并且ROM表的尺寸随着地址位数或数据位数的增加成指数递增关系，因此在满足信号性能的前提条件下，如何减少资源的开销就是一个重要的问题，在实际设计时我们充分利用了信号周期内的对称性和算术关系来减少EAB的开销。我们利用图2的结构设计整个DDS电路：采用Verilog硬件描述语言来实现整个电路，这不仅利于设计文档的管理，而且方便设计的修改和扩充，以及在不同FPGA器件之间的移植。为了进一步提高速度，在DDS电路的相位累加器模块和加法器模块的设计时并没有采用FPGA单元库中的1632位加法器，尽管它们可以很容易地实现高达32位的相位累加器，但当工作频率较高时，这种方法不可取，因为它们较大的延时不能满足速度要求。因此，具体实现时我们分别用了4个和8个4位的累加器，以流水线的方式实现16位和32位累加器和加法器。比较仿真结果表明，采用流水线技术可以大大提高系统的工作速度。从前面的分析可知，相位/幅度变换电路也是比较难实现的部分，它不仅要解决速度的问题，还要考虑节省资源的问题。如何有效利用FPGA有限的资源，是实现相位/幅度变换电路的最关键一点。在实际运用中，我们将着眼点主要放在了节省资源上来，相位/幅度转换电路中的主要问题在于ROM大小上。由于本次设计的DDS主要用于数字视频编码中，因此只需要输出余弦（正弦）波，我们考虑了以下的优化方式：余弦波信号对于直线成偶对称，基于此可以将ROM表减至原来的1/2，再利用左半周期内，波形对于点成奇对称，进一步将ROM表减至最初的1/4，因此通过一个正弦码表的前1/4周期就可以变换得到正弦和余弦的整个周期码表。这样就节省了将近3/4的资源，非常可观。系统控制电路主要是根据是否需要相位调制（BPSK）及频率调制（BFSK），系统时钟是否需要分频得到所需的基准时钟，频率码的输入方式是串行、并行还是微机接口方式，如何控制输出等具体要求而设计的。这一部分可以灵活设计，凸现FPGA的优点所在。利用ACEX EP1K50 实现的DDS电路和专用DDS芯片的比较系统速度：用ACEX EP1K50实现DDS电路，16位精度（分辨率）的DDS电路最高频率达到148MHz，32位精度（分辨率）的电路最高工作频率107MHz；而采用专用DDS芯片的话，频率在数十至数百兆赫兹之间，如AD9850 为125MHz，AD9851为180MHz，比较新的AD9854已经达到300MHz.用FPGA实现的DDS电路能工作在如此之高的频率，主要依赖于ACEX EP1K50器件先进的结构特点，以及在前文提出的多种优化措施。可控性：虽然有的专用DDS芯片的功能也比较多，但控制方式却是固定的，因此不一定是我们所需要而利用ACEX EP1K50器件则可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，具有良好的实用性。信号质量：专用DDS芯片由于采用特定的集成工艺，内部数字信号抖动很小，可以输出高质量的模拟信号；利用ACEX EP1K50器件也能输出较高质量的信号，虽然达不到专用DDS芯片的水平，但信号精度误差在允许范围之内。成本：专用DDS芯片价格较高，而用FPGA器件设计的DDS电路嵌入到系统中并不会使成本增加多少。结语本文利用Altera公司的FPGA(ACEX EP1K50)器件，通过各种优化措施，设计开发了DDS电路，达到了预期的目的，具有较高的性价比直接数字频率合成(DDSDigital Direct Frequency Synthesis)技术是一种新的频率合成方法，是频率合成技术的一次革命，JOSEPH TIERNEY等3人于1971年提出了直接数字频率合成的思想，但由于受当时微电子技术和数字信号处理技术的限制，DDS技术没有受到足够重视，随着电子工程领域的实际需要以及数字集成电路和微电子技术的发展，DDS技术日益显露出它的优越性。DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。DDS有如下优点： 频率分辨率高，输出频点多，可达 个频点(N为相位累加器位数)；频率切换速度快，可达us量级； 频率切换时相位连续； 可以输出宽带正交信号； 输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；可以产生任意波形； 全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻，因此八十年代以来各国都在研制和发展各自的DDS产品，如美国QUALCOMM公司的Q2334，Q2220；STANFORD公司的STEL-1175，STEL-1180；AD公司的AD7008，AD9850，AD9854等。这些DDS芯片的时钟频率从几十兆赫兹到几百兆赫兹不等，芯片从一般功能到集成有D/A转换器和正交调制器。wms（），即仓库管理系统，它有何特殊之处？为什么提出WMS 的概念？它与传统的进销存软件到底有什么区别？ 目前，许多企业已认识到企业管理信息对企业发展的战略意义，从财务软件、进销存软件CIMS,从MRP、MRPII到ERP，代表了中国企业从粗放型管理走向集约管理的要求，竞争的激烈和对成本的要求使得管理对象表现为：整和上游、企业本身、下游一体化供应链的信息和资源。 而仓库，尤其是制造业中的仓库，作为链上的节点，不同链节上的库存观不同，在物流供应链的管理中，不再把库存作为维持生产和销售的措施，而将其作为一种供应链的平衡机制，其作用主要是协调整个供应链。但现代企业同时又面临着许多不确定因素，无论他们来自分供方还是来自生产或客户，对企业来说处理好库存管理与不确定性关系的唯一办法是加强企业之间信息的交流和共享，增加库存决策信息的透明性、可靠性和实时性。而这，正是WMS所要帮助企业解决的问题。 WMS软件和进销存管理软件的最大区别在于：进销存软件的目标是针对于特定对象（如仓库）的商品、单据流动，是对于仓库作业结果的记录、核对和管理-报警、报表、结果分析，比如记录商品出入库的时间、经手人等；而WMS软件则除了管理仓库作业的结果记录、核对和管理外最大的功能是对仓库作业过程的指导和规范：即不但对结果进行处理，更是通过对作业动作的指导和规范保证作业的准确性、速度和相关记录数据的自动登记（入计算机系统），增加仓库的效率、管理透明度、真实度降低成本比如通过无线终端指导操作员给某定单发货：当操作员提出发货请求时，终端提示操作员应到哪个具体的仓库货位取出指定数量的那几种商品，扫描货架和商品条码核对是否正确，然后送到接货区，录入运输单位信息，完成出货任务，重要的是包括出货时间、操作员、货物种类、数量、产品序列号、承运单位等信息在货物装车的同时已经通过无线方式传输到了计算机信息中心数据库。 WMS在我国的应用仓储管理系统（WMS）是仓储管理信息化的具体形式，它在我国的应用还处于起步阶段。目前在我国市场上呈现出二元结构：以跨国公司或国内少数先进企业为代表的高端市场，其应用WMS的比例较高，系统也比较集中在国外基本成熟的主流品牌；以国内企业为代表的中低端市场，主要应用国内开发的WMS产品。下面主要结合中国物流与采购联合会征集的物流信息化优秀案例，从应用角度对国内企业的WMS概况做一个分析。第一类是基于典型的配送中心业务的应用系统，在销售物流中如连锁超市的配送中心，在供应物流中如生产企业的零配件配送中心，都能见到这样的案例。北京医药股份有限公司的现代物流中心就是这样的一个典型。该系统的目标，一是落实国家有关医药物流的管理和控制标准GSP等，二是优化流程，提高提高效率。系统功能包括进货管理、库存管理、订单管理、拣选、复核、配送、RF终端管理、商品与货位基本信息管理等功能模块；通过网络化和数字化方式，提高库内作业控制水平和任务编排。该系统把配送时间缩短了50%，订单处理能力提高了一倍以上，还取得了显著的社会效益，成为医药物流的一个样板。此类系统多用于制造业或分销业的供应链管理中，也是WMS中最常见的一类。第二类是以仓储作业技术的整合为主要目标的系统，解决各种自动化设备的信息系统之间整合与优化的问题。武钢第二热轧厂的生产物流信息系统即属于此类，该系统主要解决原材料库（钢坯）、半成品库（粗轧中厚板）与成品库（精轧薄板）之间的协调运行问题，否则将不能保持连续作业，不仅放空生产力，还会浪费能源。该系统的难点在于物流系统与轧钢流水线的各自动化设备系统要无缝连接，使库存成为流水线的一个流动环节，也使流水线成为库存操作的一个组成部分。各种专用设备均有自己的信息系统，WMS不仅要整合设备